Fuzzing mit libFuzzer

Fuzzing, das einfach potenziell ungültige, unerwartete oder zufällige Daten als Eingabe für ein Programm bereitstellt, ist eine äußerst effektive Methode zum Auffinden von Fehlern in großen Softwaresystemen und ein wichtiger Teil des Softwareentwicklungslebenszyklus.

Das Build-System von Android unterstützt Fuzzing durch die Einbeziehung von libFuzzer aus dem LLVM-Compiler-Infrastrukturprojektprojekt. LibFuzzer ist mit der zu testenden Bibliothek verknüpft und verarbeitet alle Eingangsauswahlen, Mutationen und Absturzberichte, die während einer Fuzzing-Sitzung auftreten. Die Bereinigungsprogramme von LLVM werden verwendet, um die Erkennung von Speicherbeschädigungen und Codeabdeckungsmetriken zu unterstützen.

Dieser Artikel bietet eine Einführung in libFuzzer auf Android und wie man einen instrumentierten Build durchführt. Es enthält auch Anweisungen zum Schreiben, Ausführen und Anpassen von Fuzzern.

Aufstellen und bauen

Um sicherzustellen, dass auf einem Gerät ein funktionierendes Image ausgeführt wird, können Sie ein werkseitiges Image herunterladen und das Gerät flashen. Alternativ können Sie den AOSP-Quellcode herunterladen und dem Setup- und Build-Beispiel unten folgen.

Tipp : Ausführlichere Informationen zur Einrichtung finden Sie im Abschnitt Herunterladen und Erstellen. Befolgen Sie die Anweisungen zum Einrichten Ihrer Build-Umgebung, laden Sie die Quelle herunter und erstellen Sie Android (bis zum Befehl make ).

Einrichtungsbeispiel

Dieses Beispiel geht davon aus, dass das Zielgerät ein Pixel ( taimen ) ist und bereits für das USB-Debugging vorbereitet ist ( aosp_taimen-userdebug ). Sie können andere Pixel-Binärdateien von Driver Binaries herunterladen.

mkdir ~/bin
export PATH=~/bin:$PATH
curl https://storage.googleapis.com/git-repo-downloads/repo > ~/bin/repo
chmod a+x ~/bin/repo
repo init -u https://android.googlesource.com/platform/manifest -b master
repo sync -c -j8
wget https://dl.google.com/dl/android/aosp/google_devices-taimen-qq1a.191205.008-f4537f93.tgz
tar xvf google_devices-taimen-qq1a.191205.008-f4537f93.tgz
./extract-google_devices-taimen.sh
wget https://dl.google.com/dl/android/aosp/qcom-taimen-qq1a.191205.008-760afa6e.tgz
tar xvf qcom-taimen-qq1a.191205.008-760afa6e.tgz
./extract-qcom-taimen.sh
. build/envsetup.sh
lunch aosp_taimen-userdebug

Beispiel bauen

Der erste Schritt beim Ausführen von Fuzz-Zielen besteht darin, ein frisches Systemabbild zu erhalten. Wir empfehlen, mindestens die neueste Entwicklungsversion von Android zu verwenden.

1. Führen Sie den anfänglichen Build durch, indem Sie Folgendes ausgeben:

   m

2. Damit Sie Ihr Gerät flashen können, booten Sie Ihr Gerät mit der entsprechenden Tastenkombination in den Fastboot-Modus .
3. Entsperren Sie den Bootloader und flashen Sie das neu kompilierte Image mit den folgenden Befehlen.

   fastboot oem unlock
   fastboot flashall
   

Das Zielgerät sollte nun für das libFuzzer-Fuzzing bereit sein.

Schreibe einen Fuzzer

Um das Schreiben eines End-to-End-Fuzzers mit libFuzzer in Android zu veranschaulichen, verwenden Sie den folgenden anfälligen Code als Testfall. Dies hilft, den Fuzzer zu testen, sicherzustellen, dass alles richtig funktioniert, und zu veranschaulichen, wie Crash-Daten aussehen.

Hier ist die Testfunktion.

#include <stdint.h>
#include <stddef.h>
bool FuzzMe(const char *Data, size_t DataSize) {
    return DataSize >= 3  &&
           Data[0] == 'F' &&
           Data[1] == 'U' &&
           Data[2] == 'Z' &&
           Data[3] == 'Z';  // ← Out of bounds access
}

Um diesen Test-Fuzzer zu erstellen und auszuführen:

1. Ein Fuzz-Ziel besteht aus zwei Dateien: einer Build-Datei und dem Quellcode des Fuzz-Ziels. Erstellen Sie Ihre Dateien an einem Ort neben der Bibliothek, die Sie fuzzen. Geben Sie dem Fuzzer einen Namen, der beschreibt, was der Fuzzer tut.
2. Schreiben Sie ein Fuzz-Target mit libFuzzer. Das Fuzz-Ziel ist eine Funktion, die einen Datenklumpen einer bestimmten Größe nimmt und ihn an die zu fuzzende Funktion übergibt. Hier ist ein grundlegender Fuzzer für die anfällige Testfunktion:

   #include <stddef.h>
   #include <stdint.h>
   
   extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const char *data, size_t size) {
     // ...
     // Use the data to call the library you are fuzzing.
     // ...
     return FuzzMe(data, size);
   }
   

3. Weisen Sie das Build-System von Android an, die Fuzzer-Binärdatei zu erstellen. Um den Fuzzer zu erstellen, fügen Sie diesen Code zur Android.bp -Datei hinzu:

   cc_fuzz {
     name: "fuzz_me_fuzzer",
     srcs: [
       "fuzz_me_fuzzer.cpp",
     ],
     // If the fuzzer has a dependent library, uncomment the following section and
     // include it.
     // static_libs: [
     //   "libfoo", // Dependent library
     // ],
     //
     // The advanced features below allow you to package your corpus and
     // dictionary files during building. You can find more information about
     // these features at:
     //  - Corpus: https://llvm.org/docs/LibFuzzer.html#corpus
     //  - Dictionaries: https://llvm.org/docs/LibFuzzer.html#dictionaries
     // These features are not required for fuzzing, but are highly recommended
     // to gain extra coverage.
     // To include a corpus folder, uncomment the following line.
     // corpus: ["corpus/*"],
     // To include a dictionary, uncomment the following line.
     // dictionary: "fuzz_me_fuzzer.dict",
   }
   

4. Um den Fuzzer zum Laufen auf dem Ziel (Gerät) zu machen:

   SANITIZE_TARGET=hwaddress m fuzz_me_fuzzer
   

5. Um den Fuzzer für die Ausführung auf dem Host zu machen:

   SANITIZE_HOST=address m fuzz_me_fuzzer
   

Definieren Sie der Einfachheit halber einige Shell-Variablen, die den Pfad zu Ihrem Fuzz-Ziel und den Namen der Binärdatei (aus der zuvor geschriebenen Build-Datei) enthalten.

export FUZZER_NAME=your_fuzz_target

Nachdem Sie diese Schritte ausgeführt haben, sollten Sie einen eingebauten Fuzzer haben. Der Standardspeicherort für den Fuzzer (für dieses Beispiel Pixel-Build) ist:

$ ANDROID_PRODUCT_OUT /data/fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME für Gerät.

$ ANDROID_HOST_OUT /fuzz/$ TARGET_ARCH /$ FUZZER_NAME /$ FUZZER_NAME für Host.

Führen Sie Ihren Fuzzer auf dem Host aus

Fügen Sie Folgendes zu Ihrer Android.bp-Build-Datei hinzu:

host_supported: true,

Beachten Sie, dass dies nur angewendet werden kann, wenn die Bibliothek, die Sie fuzzen möchten, vom Host unterstützt wird.

Führen Sie den Fuzzer auf dem Host aus, indem Sie einfach die erstellte Fuzzer-Binärdatei ausführen:

$ANDROID_HOST_OUT/fuzz/x86_64/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME

Führen Sie Ihren Fuzzer auf dem Gerät aus

Wir möchten dies mit adb auf Ihr Gerät kopieren.

1. Um diese Dateien in ein Verzeichnis auf dem Gerät hochzuladen, führen Sie diese Befehle aus:

   adb root
   adb sync data
    

2. Führen Sie den Test-Fuzzer auf dem Gerät mit diesem Befehl aus:

   adb shell /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/$FUZZER_NAME \
     /data/fuzz/$(get_build_var TARGET_ARCH)/$FUZZER_NAME/corpus

Dies führt zu einer Ausgabe ähnlich der Beispielausgabe unten.

Tipp : Weitere Informationen zum Lesen der libFuzzer-Ausgabe finden Sie in der LibFuzzer-Dokumentation .

INFO: Seed: 913963180
INFO: Loaded 2 modules   (16039 inline 8-bit counters): 16033 [0x7041769b88, 0x704176da29), 6 [0x60e00f4df0, 0x60e00f4df6),
INFO: Loaded 2 PC tables (16039 PCs): 16033 [0x704176da30,0x70417ac440), 6 [0x60e00f4df8,0x60e00f4e58),
INFO: -max_len is not provided; libFuzzer will not generate inputs larger than 4096 bytes
INFO: A corpus is not provided, starting from an empty corpus
#2	INITED cov: 5 ft: 5 corp: 1/1b exec/s: 0 rss: 24Mb
#10	NEW    cov: 6 ft: 6 corp: 2/4b lim: 4 exec/s: 0 rss: 24Mb L: 3/3 MS: 3 CopyPart-ChangeByte-InsertByte-
#712	NEW    cov: 7 ft: 7 corp: 3/9b lim: 8 exec/s: 0 rss: 24Mb L: 5/5 MS: 2 InsertByte-InsertByte-
#744	REDUCE cov: 7 ft: 7 corp: 3/7b lim: 8 exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3/3 MS: 2 ShuffleBytes-EraseBytes-
#990	REDUCE cov: 8 ft: 8 corp: 4/10b lim: 8 exec/s: 0 rss: 25Mb L: 3/3 MS: 1 ChangeByte-
==18631==ERROR: HWAddressSanitizer: tag-mismatch on address 0x0041e00b4183 at pc 0x0060e00c5144
READ of size 1 at 0x0041e00b4183 tags: f8/03 (ptr/mem) in thread T0
    #0 0x60e00c5140  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0xf140)
    #1 0x60e00ca130  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x14130)
    #2 0x60e00c9b8c  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x13b8c)
    #3 0x60e00cb188  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15188)
    #4 0x60e00cbdec  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15dec)
    #5 0x60e00d8fbc  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x22fbc)
    #6 0x60e00f0a98  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x3aa98)
    #7 0x7041b75d34  (/data/fuzz/arm64/lib/libc.so+0xa9d34)

[0x0041e00b4180,0x0041e00b41a0) is a small allocated heap chunk; size: 32 offset: 3
0x0041e00b4183 is located 0 bytes to the right of 3-byte region [0x0041e00b4180,0x0041e00b4183)
allocated here:
    #0 0x70418392bc  (/data/fuzz/arm64/lib/libclang_rt.hwasan-aarch64-android.so+0x212bc)
    #1 0x60e00ca040  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x14040)
    #2 0x60e00c9b8c  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x13b8c)
    #3 0x60e00cb188  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15188)
    #4 0x60e00cbdec  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x15dec)
    #5 0x60e00d8fbc  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x22fbc)
    #6 0x60e00f0a98  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x3aa98)
    #7 0x7041b75d34  (/data/fuzz/arm64/lib/libc.so+0xa9d34)
    #8 0x60e00c504c  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0xf04c)
    #9 0x70431aa9c4  (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0x519c4)

Thread: T1 0x006700006000 stack: [0x007040c55000,0x007040d4ecc0) sz: 1023168 tls: [0x000000000000,0x000000000000)
Thread: T0 0x006700002000 stack: [0x007fe51f3000,0x007fe59f3000) sz: 8388608 tls: [0x000000000000,0x000000000000)
Memory tags around the buggy address (one tag corresponds to 16 bytes):
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   08  00  cf  08  dc  08  cd  08  b9  08  1a  1a  0b  00  04  3f
=> 27  00  08  00  bd  bd  2d  07 [03] 73  66  66  27  27  20  f6 <=
   5b  5b  87  87  03  00  01  00  4f  04  24  24  03  39  2c  2c
   05  00  04  00  be  be  85  85  04  00  4a  4a  05  05  5f  5f
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
   00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00  00
Tags for short granules around the buggy address (one tag corresponds to 16 bytes):
   04  ..  ..  cf  ..  dc  ..  cd  ..  b9  ..  ..  3f  ..  57  ..
=> ..  ..  21  ..  ..  ..  ..  2d [f8] ..  ..  ..  ..  ..  ..  .. <=
   ..  ..  ..  ..  9c  ..  e2  ..  ..  4f  ..  ..  99  ..  ..  ..
See https://clang.llvm.org/docs/HardwareAssistedAddressSanitizerDesign.html#short-granules for a description of short granule tags
Registers where the failure occurred (pc 0x0060e00c5144):
    x0  f8000041e00b4183  x1  000000000000005a  x2  0000000000000006  x3  000000704176d9c0
    x4  00000060e00f4df6  x5  0000000000000004  x6  0000000000000046  x7  000000000000005a
    x8  00000060e00f4df0  x9  0000006800000000  x10 0000000000000001  x11 00000060e0126a00
    x12 0000000000000001  x13 0000000000000231  x14 0000000000000000  x15 000e81434c909ede
    x16 0000007041838b14  x17 0000000000000003  x18 0000007042b80000  x19 f8000041e00b4180
    x20 0000006800000000  x21 000000000000005a  x22 24000056e00b4000  x23 00000060e00f5200
    x24 00000060e0128c88  x25 00000060e0128c20  x26 00000060e0128000  x27 00000060e0128000
    x28 0000007fe59f16e0  x29 0000007fe59f1400  x30 00000060e00c5144
SUMMARY: HWAddressSanitizer: tag-mismatch (/data/fuzz/arm64/example_fuzzer/example_fuzzer+0xf140)
MS: 1 ChangeByte-; base unit: e09f9c158989c56012ccd88111b82f778a816eae
0x46,0x55,0x5a,
FUZ
artifact_prefix='./'; Test unit written to ./crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60
Base64: RlVa

In der Beispielausgabe wurde der Absturz durch fuzz_me_fuzzer.cpp in Zeile 10 verursacht:

      Data[3] == 'Z';  // :(

Dies ist ein einfaches Lesen außerhalb der Grenzen, wenn Daten die Länge 3 haben.

Nachdem Sie Ihren Fuzzer ausgeführt haben, führt die Ausgabe häufig zu einem Absturz und die anstößige Eingabe wird im Korpus gespeichert und mit einer ID versehen. In der Beispielausgabe ist dies crash-0eb8e4ed029b774d80f2b66408203801cb982a60 .

Geben Sie zum Abrufen von Absturzinformationen beim Fuzzen auf dem Gerät diesen Befehl aus und geben Sie Ihre Absturz-ID an:

adb pull /data/fuzz/arm64/fuzz_me_fuzzer/corpus/CRASH_ID

Beachten Sie, dass Sie zum Speichern von Testfällen im richtigen Verzeichnis den Korpusordner (wie im obigen Beispiel) oder das Argumentartefact_prefix verwenden können (z. B. `-artifact_prefix=/data/fuzz/where/my/crashes /gehe`).

Beim Fuzzen auf dem Host werden Absturzinformationen im Absturzordner des lokalen Ordners angezeigt, in dem der Fuzzer ausgeführt wird.

Weitere Informationen zu libFuzzer finden Sie in der Upstream-Dokumentation .